钻井液知识

力下测定，而高温高压滤失量通常是在149.5℃（华氏300度）和3450kPa（500psi）压差下测定，也可在其他条件下测定，但要加以注明。

（2）引在钻进过程中，钻井液滤失的速度和数量直接与钻进速度、泥页岩水化坍塌、损害水敏性油气储集层等问题有关，在渗透性地层还与压差卡钻的可能性有关。

（3）钻井液中应含有最低限度的膨润土，以利于形成低渗透的可压缩泥饼来降低滤失量。钻屑和重晶石含量高的钻井液会形成渗透性和孔隙度较高的不可压缩的泥饼，因此，对于高密度钻井液，为了控制更低的滤失量，应在可能的范围内维持一定含量的膨润土并尽可能清除钻屑，同时，添加褐煤类、聚合物类或树脂类降滤失剂。

（4）为了降低滤失量，需要增加胶体颗粒含量，这会使钻速下降，增加钻井液成本和维护费用，故应分析风险和衡量得失来确定钻井液滤失量的大小。

（5）在油气层钻进时，建议控制API滤失量在5cm3以下，高温高压（HTHP）滤失量控制在10至15cm3为宜。

（6）在水敏性的和易塌地层钻井时，建议滤失量尽可能严格控制在最低值，而在稳定性好的地层钻井或使用抑制性强的钻井液时，滤失量可放宽。

（7）当固相含量较高而当量膨润土含量偏低时，说明钻井液中缺少膨润土胶体颗粒，滤失量必高，泥饼质量必差，在添加聚合物降滤失剂的同时，应注意增加膨润土的含量。 6．泥饼（CAKE）

（1）钻井液滤失过程中所形成的滤饼的质量（包括渗透性即致密程度、强韧性、摩阻性等）以及其厚度对钻井液的护壁能力和防止压差卡钻能力有直接影响。

（2）具有压缩性的泥饼随着压差增大而被压实，可使泥饼的渗透性和孔隙度下降，从而减少滤失量，同时，增加泥饼强韧性可提高其护壁作用和减少压差卡钻的机会。

（3）为了有利于形成薄而坚韧且摩阻小的泥饼，钻井液应含有必要数量的优质膨润土和减少钻屑粗颗粒固相，同时添加具有降滤失作用的胶体物质，例如淀粉、纤维素、合成聚合物及沥青等的改性产品。 7．静切力（Gels）

（1）静切力是钻井液静止时固相颗粒间互相吸引形成空间结构发育情况的量度。钻井液的静切力决定着起钻时的抽汲作用、开泵泵压以及除气的难易和泥浆池沉砂的难易，也决定着井内钻井液的悬浮固相能力，因此，与井下沉砂、开泵井漏、起钻井涌井喷及地层坍塌等复杂情况有关。

（2）静止状态下钻井液中固相颗粒间微弱的静引力所形成的结构强度会随着时间而变化，不同的钻井液具有不同的变化类型，大致可分为平坦型、良好型、递增型和脆弱型（见图5－1）。一般而言，不希望钻井液具有递增型和脆弱型的静切力，而希望具有良好型的静切力，对于大斜度井和水平井钻井，则希望钻井液具有接近平坦型的静切力。

（3）静切力大小的控制途径与屈服值控制相类似，通过调节钻井液中固相特别是膨润土含量、改变电解质种类和数量以及改变分散剂的类型和数量，就能控制静切力的大小和类型。

8．固相含量（VS；VLDS；VHDS） （1）固相是所有钻井液中不可避免的

成分，它可以是必须加入的材料和产品（如粘土、加重材料、堵漏材料及各种聚合物添加剂等），也可以是钻井本身的产物（钻屑）。钻井液中的固相可分为有用固相和无用固相，对钻井液的基本性质起着重要作用并有利于钻井工程顺利进行的固相是有用固相，而对钻井液性能有不良影响或不利于钻井工程顺利进行的固相则是无用固相。在钻井液中少量钻屑固相一般认为是无害的，但若不断地循环研磨破碎并累积，则可能发展成严重问题。钻井液中的固相常常分为低密度固相、高密度固相和搬土固相，通过测定和计算钻井液的固相含量（VS）、低密度固相含量（VLDS）、高密度固相含量（VHDS）以及搬土含量并加以控制，就能达到改变和控制钻井液的许多重要性能，使之满足钻井工程的要求。

（2）钻井液的密度、流变性质和滤失性能都与地面加入或由井下岩屑形成的固相颗粒的类型、数量及大小有关。一般情况下，钻井液中的膨润土、聚合物处理剂及加重材料是配制和维护所要求的钻井液性能所必要的，而由岩屑分散形成的固体颗粒则应该设法清除掉。 （3）低密度固相一般都假设其密度平均值为2.6g／cm3。在低固相聚合物轻钻井液体系中，低密度固相含量控制在不超过6％，一般能保证钻井液具有优良的各项性能。 （4）钻屑颗粒含量与当量搬土含量之比是指示钻井液中固相颗粒类别的重要定性指标，可用于了解发生问题前后钻井液的性能本质，指示钻井液的处理途径和方法。在理想的情况下，对于不分散低密度钻井液，要求其比值不应超过2∶1。而对于分散性钻井液，则要求其比值不应超过4∶1、最好是3∶1。 （5）由于小于1微米的细颗粒固相对机械钻速的危害要比粗颗粒固相大12倍左右，因此，在为了获得钻井液的胶体性质时，应使细颗粒固相保持在最小需求量水平。通常，在聚合物钻井液体系中，把配制合格钻井液性能所需要的膨润土用量的一半用聚合物代替，从而获得低固相体系；大大有利于提高钻进速度而又能获得足够良好的钻井液粘度、屈服值、静切力和滤失性能。 9、化学分析

（1）钻井液和其滤液的常规化学分析包括碱度、氯根浓度、钙镁离子浓度、总硬度等。这些分析对于确定不同离子的浓度是必不可少的。钻井液中存在的各种离子影响着活性粘土的活性和钻井液添加剂的功效，也影响着钻井液与所钻岩层的相容程度，是分析钻井液性能变化的主要手段之一。

（2）钻井液及滤液化学分析常遇到的一些问题：

①由碱性物质（如烧碱等）所产生的碱性pH值，是活化粘土和某些添加剂（如分散剂等）所必须的。对pH值的要求随所用钻井液类型的不同而不同，分散性钻井液要求pH值在9至10.5或更高些，以活化分散剂的功效。而对于不分散性聚合物钻井液，则要求其pH值维持在7.5至9.5之间为宜，因为更高的pH值会削弱聚合物的作用。 ②配浆水或钻井液滤液的总硬度是指其中钙镁离子的总含量，因此，总硬度与钙离子含量间的差值，便是镁离子的浓度；

③当钻井液受到的钙污染是由石膏所引起时，应使用碳酸钠来处理以除去钙，但若钙污染是由水泥所引起时，则应使用碳酸氢钠更好；

④对于钻井液中或配浆水中的镁离子，应当用烧碱去沉除，因此，为了处理海水中的镁离子，必须使用烧碱；

⑤通常把氯化物总量都算做氯化钠，严格来说，只有当总硬度和钾离子含量低时方是如此。清除氯离子是不切实际的，只能用淡水冲稀。一般情况下，只要在配制和维护钻井液方面作出相应的调整处理，仍能在很大程度上消除或避免氯离子的影响，例如，将膨润土预水化后才用于配制海水钻井液或饱和盐水钻井液，可以收到较好的效果。

⑥淡水和盐水体系的分界线是含盐10000pmm（氯根含量6060ppm）。氯化物含量与含盐量之间的换算关系通常如下：

或当密度接近1g／cm3时也可用下式近似换算：

⑦API推荐的氯根和总硬度的单位是mg／1，在低密度时mg／1和ppm几乎是相等的，但在高密度时，应以下式换算：

⑧以Pf、Pm、Mf、P1和P2表示的碱度在分析和处理钻井液时比pH值更为重要。它们的数值报告都是指滴定1m1试样达到规定的终点时所用标准酸液的毫升数。Pr和Pm常用来确定钻井液中的自由石灰含量：

Pf和Mf则常用以评价钻井液滤液中的氢氧根、碳酸氢根和碳酸根离子的数量。而P1和P2是可供选用的另一种测定碱度方法所取得的数值，有时能较好地用于评价一些情况下的氢氧根、碳酸氢根与碳酸根离子的数量。

第二节 钻井液材料与添加剂

目前，国内外钻井液原材料与添加剂的商品名称或代号有数千个之多，而且不断有新产品出现和旧产品的淘汰与消失，它们的主要成份大约有三百多种。按照钻井液原材料和添加剂的功能或用途，根据API／IADC的分类方法，常分为19类，国际上钻井液公司则一般分为12类，我国参考国际情况曾分为16类。由于钻井液技术的发展，现结合钻井现场实际，将所有主要产品分为粘土类；加重材料；增粘剂；降粘剂。降滤失剂。堵漏材料；消泡剂；絮凝剂；页岩抑制剂和防塌剂；润滑剂；发泡剂；杀菌剂。解卡剂。水基钻井液乳化剂；腐蚀抑制剂。高温稳定剂。清洁剂。碱度控制剂和油基钻井液添加剂等19类（未包括完井液专用产品），并将国内外主要的同类或相当产品举例列表简介如下，具体使用方法和加量可参见第三、第四和第六节。

表5－2 粘土类